高瓦斯矿采区巷道过陷落柱施工技术

周树清+王平

摘要：文章主要介绍了采区巷道过陷落柱的施工方法，在传统锚网索喷+梯子梁支护不能满足支护要求时，通过使用注浆锚索配合化学注浆对顶板进行加固，有效地控制了顶板，实现安全、快速通过陷落柱，为邻近巷道过陷落柱施工积累了一定经验。

关键词：陷落柱；注浆锚索；化学注浆；采区巷道；高瓦斯；矿采区

中图分类号：TD712文献标识码：A文章编号：1009-2374（2014）21-0117-02

1工程概况

1.1工程特征

依据三维地震勘探资料、地面瞬变电磁探测及钻探情况总结，Xe11陷落柱的平面形态为椭圆状，其长轴呈NE向，长轴长约110m，短轴长约80m，Xe11陷落柱周围富水情况为：K8砂岩中富水、3#煤层顶板中富水、奥灰顶界下50m岩溶发育；经综合分析，Xe11陷落柱在3煤底板及奥灰顶界下50m局部含水，分析认为该陷落柱边缘破碎区域导水较强，陷落柱内部含水性较小。东二盘区E2302工作面回风顺槽施工中需穿过Xe11陷落柱，该巷道断面为矩形，掘宽5.1m，掘高3.55m。

经对陷落柱工程地质分析，采用前探梁作为临时支护，锚网索喷+梯子梁作为永久支护，可以实现安全通过该陷落柱。

1.2陷落柱地质特征

1.2.1 陷落柱周边与正常煤岩层接触范围内富水性及导水性较强，陷落柱内部含水性较小。

1.2.2 陷落柱边缘处煤层及围岩风化，岩体强度较低，稳定性较差。

1.2.3 陷落柱内部岩石胶结性较好，岩体稳定性较好。

1.3陷落柱对施工影响

1.3.1 岩体整体性较差爆破施工对围岩震动较大，易造成冒顶事故，威胁安全。

1.3.2 边缘处岩体较破碎，导水性较好工作面易发生冒顶、片帮，巷道内涌水量增大。

1.3.3 岩体抗风化性较差巷道支护必须在较短时间内完成，较少围岩裸露时间。

2施工方案及支护设计

2.1施工方案

2.1.1 首先在巷道内进行超前探测，每次施工五个钻孔。第一次超前钻探距陷落柱130m处进行，第二次超前钻探距陷落柱50m处进行。根据这两次的钻探情况，确定施工方案。

2.1.2 距陷落柱50m处，开始沿陷落柱方向打设3个15m长的钻孔，运用钻屑指标法进行瓦斯突出预测，采取钻探15m掘进8m的方法施工，进入陷落柱后方可解除探掘施工。

2.1.3 距陷落柱5m时，缩小循环进尺，加强支护，采用前探梁作为临时支护，锚网索喷+梯子梁作为永久支护。

2.1.4 巷道在掘进过程中，在巷道两侧帮部分别布置钻场，巷道同侧每80m布置一个钻场，异侧钻场相距9m，迈步式布置。每个钻场布置5个Φ94mm，深度130m的钻孔进行抽放瓦斯。在掘进期间保证钻孔始终超出工作面前方20m的安全距离。让掘进巷道始终在抽采钻孔的有效控制范围内。

2.1.5 严格按循环进尺掘进，一掘一支，严禁空顶作业。

2.1.6 对出水点预埋导水管导水。

2.2支护设计

2.2.1 采用前探梁作为临时支护，前探梁为4根4m长的3寸无缝钢管（备用1根，壁厚7mm），用专用前探梁卡扭接在靠近迎头居中的3根永久支护锚杆上，并用五块4500×300×70mm的优质大板临时护顶，然后用刹杆配合大木楔绞顶，迎头护帮使用3根2寸1.5m无缝钢管，每根焊接3钩，间距400mm，并用3块3500×300×70mm的优质大板逼实迎头。

2.2.2 距陷落柱5m时，采用锚网索喷+梯子梁作为永久支护，同时缩小巷道支护排拒，并对过陷落柱段底板进行硬化，厚度为300mm。

2.2.3 锚索采用规格Φ22×8300mm中空注浆锚索，端头锚固采用树脂锚固剂与FSS化学注浆材料联合

锚固。

3注浆锚索

锚索为Φ22×8300mm中空注浆锚索，端头锚固采用树脂锚固剂与FSS化学注浆材料联合锚固。锚索采用新型中空结构，中空管兼作注浆管。锚索索体采用高强度螺旋肋预应力钢丝编绞而成，其主要技术参数如表1所示。研究表明，采用高强度螺旋肋预应力钢丝制成的锚索锚固强度比普通锚索提高15%以上，而锚固延性可提高25%以上。

注浆锚索每排3/4交替布置，间排距1400×500mm，锚固力不小于200kN，每根锚索使用一支K2335+两支Z2360树脂锚固剂锚固，每施工一个圆班对锚索集中注FSS化学浆一次。

表1中空注浆锚索主要技术参数

参数 技术指标

钢丝公称直径 6.0mm

锚索索体直径 Φ22mm

安装孔径 Φ32mm

树脂锚固长度 1000～1500mm

强度及破断力 强度1760MPa，破断力≥420kN

中空注浆管规格 内径Φ7.5mm，外径Φ10mm

注浆压力 ≥5.0MPa，最大7.0MPa

3.1注浆压力

推动浆液克服各种流动阻力，使浆液扩散，充填密实的动力，是注浆的重要参数。在破碎带中，初期宜采用1.5～1.6倍，中期采用2.0～2.5倍，后期采用3.0倍的静水压力。

3.2注浆流量

注浆过程中，由于浆液的充填作用，裂隙逐渐被充塞，流量则随注浆压力的升高而减小。为增加浆液的注入量和提高注浆效果，流量越小越好，但太小会影响结石体的强度和结石率，所以，在断层带中，以大于或等于20L/min，稳定时间大于或等于15min较合适。

3.3浆液浓度

相同条件下，浆液越浓，粘度越大，扩散距离越小，当然，浆液的结石率也随浓度而增加。破碎带因吸水率很小应以稀浆为主，起始浓度水灰比一般为1.5～2.0，因浆液稀，要想保证一定注入量，不能按延续时间作为调整浓度的依据，而应当改为以注入量多少来调整水灰比。

4支护机理

将锚索的支护作用与注浆加固的作用组合起来共同作用于巷道围岩，浆液渗透到钻孔周围较大范围的煤岩体中，对出现松动的煤岩体产生粘结固化作用，从而改善围岩的整体性，提高煤岩体的自撑能力，从而大大改善巷道支护效果。

5施工方法

（1）根据陷落柱内岩石硬度选择强度合适的截齿，使用综掘机掘进，巷道轮廓周边部位采用风镐刷掘，以减少对周边围岩的挤压震动，掘进循环进尺为0.5m，前探梁最大控顶距为0.7m。

（2）掘进0.5m后，及时巷道进行锚网索喷+梯子梁支护，待该循环内支护完毕后才可进入下一循环施工。

（3）注浆锚索规格为Φ22×8300mm，每排3/4交替布置，间排距1400×500mm，锚固力不小于200kN，每根锚索使用一支K2335+两支Z2360树脂锚固剂锚固，每施工一个圆班对锚索集中注FSS化学浆一次。

6结语

（1）针对陷落柱内岩石破碎及巷道涌水增大等情况，采用注浆锚索支护既有效控制顶板，又防止安装孔可能成为出水通道，同时还降低了支护成本，工程质量明显提高，加快了施工进度。

（2）采用注浆锚索代替预应力钢锚索进行锚网索喷+梯子梁支护可以满足巷道支护强度要求，锚索留在孔内，并作为永久支护的一部分，达到围岩与锚索互为支护的目的。通过后期对巷道表面位移的观测，该段未出现巷道变形等情况。

（3）综掘机掘进、风镐修边，有效地减少了对围岩的震动，保证施工安全顺利进行。

（4）一掘一支，及时进行永久支护，防止了围岩受风化出现冒顶、片帮等事故发生。

参考文献

[1]张灿，赵宏志．高瓦斯条件下过断层技术及其应用

[J]．能源技术与管理，2007，（2）．

[2]孙传军，郑思达．锚网梁索支护在煤巷过断层中的应用[J]．煤炭技术，2007，（10）．

endprint

摘要：文章主要介绍了采区巷道过陷落柱的施工方法，在传统锚网索喷+梯子梁支护不能满足支护要求时，通过使用注浆锚索配合化学注浆对顶板进行加固，有效地控制了顶板，实现安全、快速通过陷落柱，为邻近巷道过陷落柱施工积累了一定经验。

关键词：陷落柱；注浆锚索；化学注浆；采区巷道；高瓦斯；矿采区

中图分类号：TD712文献标识码：A文章编号：1009-2374（2014）21-0117-02

1工程概况

1.1工程特征

依据三维地震勘探资料、地面瞬变电磁探测及钻探情况总结，Xe11陷落柱的平面形态为椭圆状，其长轴呈NE向，长轴长约110m，短轴长约80m，Xe11陷落柱周围富水情况为：K8砂岩中富水、3#煤层顶板中富水、奥灰顶界下50m岩溶发育；经综合分析，Xe11陷落柱在3煤底板及奥灰顶界下50m局部含水，分析认为该陷落柱边缘破碎区域导水较强，陷落柱内部含水性较小。东二盘区E2302工作面回风顺槽施工中需穿过Xe11陷落柱，该巷道断面为矩形，掘宽5.1m，掘高3.55m。

经对陷落柱工程地质分析，采用前探梁作为临时支护，锚网索喷+梯子梁作为永久支护，可以实现安全通过该陷落柱。

1.2陷落柱地质特征

1.2.1 陷落柱周边与正常煤岩层接触范围内富水性及导水性较强，陷落柱内部含水性较小。

1.2.2 陷落柱边缘处煤层及围岩风化，岩体强度较低，稳定性较差。

1.2.3 陷落柱内部岩石胶结性较好，岩体稳定性较好。

1.3陷落柱对施工影响

1.3.1 岩体整体性较差爆破施工对围岩震动较大，易造成冒顶事故，威胁安全。

1.3.2 边缘处岩体较破碎，导水性较好工作面易发生冒顶、片帮，巷道内涌水量增大。

1.3.3 岩体抗风化性较差巷道支护必须在较短时间内完成，较少围岩裸露时间。

2施工方案及支护设计

2.1施工方案

2.1.1 首先在巷道内进行超前探测，每次施工五个钻孔。第一次超前钻探距陷落柱130m处进行，第二次超前钻探距陷落柱50m处进行。根据这两次的钻探情况，确定施工方案。

2.1.2 距陷落柱50m处，开始沿陷落柱方向打设3个15m长的钻孔，运用钻屑指标法进行瓦斯突出预测，采取钻探15m掘进8m的方法施工，进入陷落柱后方可解除探掘施工。

2.1.3 距陷落柱5m时，缩小循环进尺，加强支护，采用前探梁作为临时支护，锚网索喷+梯子梁作为永久支护。

2.1.4 巷道在掘进过程中，在巷道两侧帮部分别布置钻场，巷道同侧每80m布置一个钻场，异侧钻场相距9m，迈步式布置。每个钻场布置5个Φ94mm，深度130m的钻孔进行抽放瓦斯。在掘进期间保证钻孔始终超出工作面前方20m的安全距离。让掘进巷道始终在抽采钻孔的有效控制范围内。

2.1.5 严格按循环进尺掘进，一掘一支，严禁空顶作业。

2.1.6 对出水点预埋导水管导水。

2.2支护设计

2.2.1 采用前探梁作为临时支护，前探梁为4根4m长的3寸无缝钢管（备用1根，壁厚7mm），用专用前探梁卡扭接在靠近迎头居中的3根永久支护锚杆上，并用五块4500×300×70mm的优质大板临时护顶，然后用刹杆配合大木楔绞顶，迎头护帮使用3根2寸1.5m无缝钢管，每根焊接3钩，间距400mm，并用3块3500×300×70mm的优质大板逼实迎头。

2.2.2 距陷落柱5m时，采用锚网索喷+梯子梁作为永久支护，同时缩小巷道支护排拒，并对过陷落柱段底板进行硬化，厚度为300mm。

2.2.3 锚索采用规格Φ22×8300mm中空注浆锚索，端头锚固采用树脂锚固剂与FSS化学注浆材料联合

锚固。

3注浆锚索

锚索为Φ22×8300mm中空注浆锚索，端头锚固采用树脂锚固剂与FSS化学注浆材料联合锚固。锚索采用新型中空结构，中空管兼作注浆管。锚索索体采用高强度螺旋肋预应力钢丝编绞而成，其主要技术参数如表1所示。研究表明，采用高强度螺旋肋预应力钢丝制成的锚索锚固强度比普通锚索提高15%以上，而锚固延性可提高25%以上。

注浆锚索每排3/4交替布置，间排距1400×500mm，锚固力不小于200kN，每根锚索使用一支K2335+两支Z2360树脂锚固剂锚固，每施工一个圆班对锚索集中注FSS化学浆一次。

表1中空注浆锚索主要技术参数

参数 技术指标

钢丝公称直径 6.0mm

锚索索体直径 Φ22mm

安装孔径 Φ32mm

树脂锚固长度 1000～1500mm

强度及破断力 强度1760MPa，破断力≥420kN

中空注浆管规格 内径Φ7.5mm，外径Φ10mm

注浆压力 ≥5.0MPa，最大7.0MPa

3.1注浆压力

推动浆液克服各种流动阻力，使浆液扩散，充填密实的动力，是注浆的重要参数。在破碎带中，初期宜采用1.5～1.6倍，中期采用2.0～2.5倍，后期采用3.0倍的静水压力。

3.2注浆流量

注浆过程中，由于浆液的充填作用，裂隙逐渐被充塞，流量则随注浆压力的升高而减小。为增加浆液的注入量和提高注浆效果，流量越小越好，但太小会影响结石体的强度和结石率，所以，在断层带中，以大于或等于20L/min，稳定时间大于或等于15min较合适。

3.3浆液浓度

相同条件下，浆液越浓，粘度越大，扩散距离越小，当然，浆液的结石率也随浓度而增加。破碎带因吸水率很小应以稀浆为主，起始浓度水灰比一般为1.5～2.0，因浆液稀，要想保证一定注入量，不能按延续时间作为调整浓度的依据，而应当改为以注入量多少来调整水灰比。

4支护机理

将锚索的支护作用与注浆加固的作用组合起来共同作用于巷道围岩，浆液渗透到钻孔周围较大范围的煤岩体中，对出现松动的煤岩体产生粘结固化作用，从而改善围岩的整体性，提高煤岩体的自撑能力，从而大大改善巷道支护效果。

5施工方法

（1）根据陷落柱内岩石硬度选择强度合适的截齿，使用综掘机掘进，巷道轮廓周边部位采用风镐刷掘，以减少对周边围岩的挤压震动，掘进循环进尺为0.5m，前探梁最大控顶距为0.7m。

（2）掘进0.5m后，及时巷道进行锚网索喷+梯子梁支护，待该循环内支护完毕后才可进入下一循环施工。

（3）注浆锚索规格为Φ22×8300mm，每排3/4交替布置，间排距1400×500mm，锚固力不小于200kN，每根锚索使用一支K2335+两支Z2360树脂锚固剂锚固，每施工一个圆班对锚索集中注FSS化学浆一次。

6结语

（1）针对陷落柱内岩石破碎及巷道涌水增大等情况，采用注浆锚索支护既有效控制顶板，又防止安装孔可能成为出水通道，同时还降低了支护成本，工程质量明显提高，加快了施工进度。

（2）采用注浆锚索代替预应力钢锚索进行锚网索喷+梯子梁支护可以满足巷道支护强度要求，锚索留在孔内，并作为永久支护的一部分，达到围岩与锚索互为支护的目的。通过后期对巷道表面位移的观测，该段未出现巷道变形等情况。

（3）综掘机掘进、风镐修边，有效地减少了对围岩的震动，保证施工安全顺利进行。

（4）一掘一支，及时进行永久支护，防止了围岩受风化出现冒顶、片帮等事故发生。

参考文献

[1]张灿，赵宏志．高瓦斯条件下过断层技术及其应用

[J]．能源技术与管理，2007，（2）．

[2]孙传军，郑思达．锚网梁索支护在煤巷过断层中的应用[J]．煤炭技术，2007，（10）．

endprint

摘要：文章主要介绍了采区巷道过陷落柱的施工方法，在传统锚网索喷+梯子梁支护不能满足支护要求时，通过使用注浆锚索配合化学注浆对顶板进行加固，有效地控制了顶板，实现安全、快速通过陷落柱，为邻近巷道过陷落柱施工积累了一定经验。

关键词：陷落柱；注浆锚索；化学注浆；采区巷道；高瓦斯；矿采区

中图分类号：TD712文献标识码：A文章编号：1009-2374（2014）21-0117-02

1工程概况

1.1工程特征

依据三维地震勘探资料、地面瞬变电磁探测及钻探情况总结，Xe11陷落柱的平面形态为椭圆状，其长轴呈NE向，长轴长约110m，短轴长约80m，Xe11陷落柱周围富水情况为：K8砂岩中富水、3#煤层顶板中富水、奥灰顶界下50m岩溶发育；经综合分析，Xe11陷落柱在3煤底板及奥灰顶界下50m局部含水，分析认为该陷落柱边缘破碎区域导水较强，陷落柱内部含水性较小。东二盘区E2302工作面回风顺槽施工中需穿过Xe11陷落柱，该巷道断面为矩形，掘宽5.1m，掘高3.55m。

经对陷落柱工程地质分析，采用前探梁作为临时支护，锚网索喷+梯子梁作为永久支护，可以实现安全通过该陷落柱。

1.2陷落柱地质特征

1.2.1 陷落柱周边与正常煤岩层接触范围内富水性及导水性较强，陷落柱内部含水性较小。

1.2.2 陷落柱边缘处煤层及围岩风化，岩体强度较低，稳定性较差。

1.2.3 陷落柱内部岩石胶结性较好，岩体稳定性较好。

1.3陷落柱对施工影响

1.3.1 岩体整体性较差爆破施工对围岩震动较大，易造成冒顶事故，威胁安全。

1.3.2 边缘处岩体较破碎，导水性较好工作面易发生冒顶、片帮，巷道内涌水量增大。

1.3.3 岩体抗风化性较差巷道支护必须在较短时间内完成，较少围岩裸露时间。

2施工方案及支护设计

2.1施工方案

2.1.1 首先在巷道内进行超前探测，每次施工五个钻孔。第一次超前钻探距陷落柱130m处进行，第二次超前钻探距陷落柱50m处进行。根据这两次的钻探情况，确定施工方案。

2.1.2 距陷落柱50m处，开始沿陷落柱方向打设3个15m长的钻孔，运用钻屑指标法进行瓦斯突出预测，采取钻探15m掘进8m的方法施工，进入陷落柱后方可解除探掘施工。

2.1.3 距陷落柱5m时，缩小循环进尺，加强支护，采用前探梁作为临时支护，锚网索喷+梯子梁作为永久支护。

2.1.4 巷道在掘进过程中，在巷道两侧帮部分别布置钻场，巷道同侧每80m布置一个钻场，异侧钻场相距9m，迈步式布置。每个钻场布置5个Φ94mm，深度130m的钻孔进行抽放瓦斯。在掘进期间保证钻孔始终超出工作面前方20m的安全距离。让掘进巷道始终在抽采钻孔的有效控制范围内。

2.1.5 严格按循环进尺掘进，一掘一支，严禁空顶作业。

2.1.6 对出水点预埋导水管导水。

2.2支护设计

2.2.1 采用前探梁作为临时支护，前探梁为4根4m长的3寸无缝钢管（备用1根，壁厚7mm），用专用前探梁卡扭接在靠近迎头居中的3根永久支护锚杆上，并用五块4500×300×70mm的优质大板临时护顶，然后用刹杆配合大木楔绞顶，迎头护帮使用3根2寸1.5m无缝钢管，每根焊接3钩，间距400mm，并用3块3500×300×70mm的优质大板逼实迎头。

2.2.2 距陷落柱5m时，采用锚网索喷+梯子梁作为永久支护，同时缩小巷道支护排拒，并对过陷落柱段底板进行硬化，厚度为300mm。

2.2.3 锚索采用规格Φ22×8300mm中空注浆锚索，端头锚固采用树脂锚固剂与FSS化学注浆材料联合

锚固。

3注浆锚索

锚索为Φ22×8300mm中空注浆锚索，端头锚固采用树脂锚固剂与FSS化学注浆材料联合锚固。锚索采用新型中空结构，中空管兼作注浆管。锚索索体采用高强度螺旋肋预应力钢丝编绞而成，其主要技术参数如表1所示。研究表明，采用高强度螺旋肋预应力钢丝制成的锚索锚固强度比普通锚索提高15%以上，而锚固延性可提高25%以上。

注浆锚索每排3/4交替布置，间排距1400×500mm，锚固力不小于200kN，每根锚索使用一支K2335+两支Z2360树脂锚固剂锚固，每施工一个圆班对锚索集中注FSS化学浆一次。

表1中空注浆锚索主要技术参数

参数 技术指标

钢丝公称直径 6.0mm

锚索索体直径 Φ22mm

安装孔径 Φ32mm

树脂锚固长度 1000～1500mm

强度及破断力 强度1760MPa，破断力≥420kN

中空注浆管规格 内径Φ7.5mm，外径Φ10mm

注浆压力 ≥5.0MPa，最大7.0MPa

3.1注浆压力

推动浆液克服各种流动阻力，使浆液扩散，充填密实的动力，是注浆的重要参数。在破碎带中，初期宜采用1.5～1.6倍，中期采用2.0～2.5倍，后期采用3.0倍的静水压力。

3.2注浆流量

注浆过程中，由于浆液的充填作用，裂隙逐渐被充塞，流量则随注浆压力的升高而减小。为增加浆液的注入量和提高注浆效果，流量越小越好，但太小会影响结石体的强度和结石率，所以，在断层带中，以大于或等于20L/min，稳定时间大于或等于15min较合适。

3.3浆液浓度

相同条件下，浆液越浓，粘度越大，扩散距离越小，当然，浆液的结石率也随浓度而增加。破碎带因吸水率很小应以稀浆为主，起始浓度水灰比一般为1.5～2.0，因浆液稀，要想保证一定注入量，不能按延续时间作为调整浓度的依据，而应当改为以注入量多少来调整水灰比。

4支护机理

将锚索的支护作用与注浆加固的作用组合起来共同作用于巷道围岩，浆液渗透到钻孔周围较大范围的煤岩体中，对出现松动的煤岩体产生粘结固化作用，从而改善围岩的整体性，提高煤岩体的自撑能力，从而大大改善巷道支护效果。

5施工方法

（1）根据陷落柱内岩石硬度选择强度合适的截齿，使用综掘机掘进，巷道轮廓周边部位采用风镐刷掘，以减少对周边围岩的挤压震动，掘进循环进尺为0.5m，前探梁最大控顶距为0.7m。

（2）掘进0.5m后，及时巷道进行锚网索喷+梯子梁支护，待该循环内支护完毕后才可进入下一循环施工。

（3）注浆锚索规格为Φ22×8300mm，每排3/4交替布置，间排距1400×500mm，锚固力不小于200kN，每根锚索使用一支K2335+两支Z2360树脂锚固剂锚固，每施工一个圆班对锚索集中注FSS化学浆一次。

6结语

（1）针对陷落柱内岩石破碎及巷道涌水增大等情况，采用注浆锚索支护既有效控制顶板，又防止安装孔可能成为出水通道，同时还降低了支护成本，工程质量明显提高，加快了施工进度。

（2）采用注浆锚索代替预应力钢锚索进行锚网索喷+梯子梁支护可以满足巷道支护强度要求，锚索留在孔内，并作为永久支护的一部分，达到围岩与锚索互为支护的目的。通过后期对巷道表面位移的观测，该段未出现巷道变形等情况。

（3）综掘机掘进、风镐修边，有效地减少了对围岩的震动，保证施工安全顺利进行。

（4）一掘一支，及时进行永久支护，防止了围岩受风化出现冒顶、片帮等事故发生。

参考文献

[1]张灿，赵宏志．高瓦斯条件下过断层技术及其应用

[J]．能源技术与管理，2007，（2）．

[2]孙传军，郑思达．锚网梁索支护在煤巷过断层中的应用[J]．煤炭技术，2007，（10）．

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